184216. lajstromszámú szabadalom • Elektronikus túlterhelés és zárlat elleni védelemmel ellátott, szabályozott kimenetű félvezetős feszültségátalakító
1 184 216 2 A találmány tárgya elektronikus túlterhelés és zárlat elleni védelemmel ellátott szabályozott kimenetű félvezetős feszültségátalakító. A félvezetős feszültségátalakítók széles körű felhasználásában jelentős szerepet kapnak az egyre nagyobb frekvenciatartományban üzemelő feszültségátalakító típusok, ahol a kapcsoló eszközök speciális tirisztorok, darlington tranzisztorok, vagy FET-ek (térvezérlésű tranzisztorok), illetve ezekből származtatott félvezető eszközök. Az ilyen feszültségátalakítók fő jellemzői a gyors szabályozás, a kis méret és súly, valamint a jó hatásfok. Üzemük különleges vezérlést és védelmet igényel. A védelemnek statikus és dinamikus viszonyok között egyaránt megbízhatónak kell lennie. Ismeretesek olyan elektronikus védelemmel ellátott feszültségátalakítók, amelyek a főáramköri félvezető eszközök túlterhelés és zárlat alatti károsodások elleni védelmét a főáramkörbe iktatott söntről vagy áramváltóról vett jellel vezérelt áramkörrel valósítják meg. Ezek az elektronikus védelmek egy beállított áramszint fölött védenek, így figyelmen kívül hagyják a főáramköri félvezető eszközöknek a termikus állapotuktól és a vezérlőáramuk nagyságától függő igénybevehetőségét. Ezért a főáramköri félvezető eszközöket csak a határterhelhetőségüknek az üzembiztos működés figyelembevételével megengedhető részéig lehet igénybe venni. A határterhelhetőség jobban megközelíthető, így gazdaságosabb feszültségátalakító építhető, ha az elektronikus védelem a főáramköri félvezető eszköz nyitásakor fellépő szaturációs feszültség szintjének figyeléséből származtatott indító vezérlőjelre működik. A találmány azon a felismerésen alapszik, hogy a főáramköri félvezető eszközök határterhelhetőségét akkor lehet a legjobban megközelíteni — és így a leggazdaságosabb feszültségátalakító konstrukció valósítható meg — ha az elektronikus védelmet a vezérléstől elkülönített, a szaturációs feszültségeket figyelő független áramköri elrendezés által származtatott vezérlőjel hozza működésbe. A találmánnyal célunk a teljes védelemmel ellátott kapcsolóüzemű félvezetős átalakítók olyan kapcsolási elrendezése, amely egyrészt kihasználja a legkorszerűbb félvezető eszközök kedvező fizikai tulajdonságait, független potenciálú be- és kimenet mellett pontos feszültségszabályozást és áramkorlátozást tesz lehetővé, másrészt a szabályozási időállandók kikerülésével a félvezető eszközök részére üzemellenőrző fokozat beiktatásával közvetlen primerköri védelmet biztosít. így zárlat esetén előálló nagy áramnövekedési meredekség esetén is az áramcsúcs 50-100 nanosecundum beavatkozási idő alatt a megengedett értékre korlátozható. Ezáltal a félvezető eszköz zárlati termikus tranziense jó félvezető kiterhelés mellett is csekély lesz. A találmány alapja a kapcsolás vezérlőegységében olyan szélességmodulátor alkalmazása, amelynek legalább két „vagy" logikai kapcsolatban álló vezérlő bemeneté van, ezek közül az egyik galvanikusan leválasztó (például optikai vagy induktív) csatoló elemen keresztül a szekunderkor kimenetéről visszavezetett jelből és az alapjelből képzett különbségi jellel van vezérelve, míg a másik — mint vezérlést letiltó bemenet — a vezérlőjelét az erősáramú egység primerkörének védelmére beépített üzemellenőrző fokozatról kapja. A szabályozásnak és a védelemnek ilyen módon történő szétválasztása lehetővé teszi azt, hogy a szabályozási és a védelmi idő2 állandók - a fizikai paraméterek statikus és dinamikus teljesítésére — egymástól függetlenül választhatók meg. A találmány tehát olyan kapcsolási elrendezés, különösen egyenfeszültségből váltakozófeszültséget előállító statikus energiaátalakító, amelynek egyenfeszültségű tápforrása, legalább egy csoportot alkotó vezérelhető félvezető eszközei, a vezérelhető félvezető eszközöket vezérlőelektródáikon át periodikusan nyitóirányba vezérlő, vezérlőjeleket kiadó vezérlőegysége, a vezérlőegységnek legalább egy, a vezérlőjelek kiadását letiltó bemenete van, a vezérelhető félvezető eszközök egyik főelektródája közösítve van, a másik főelektródája pedig az energiaátalakító egy-egy váltakozófeszültségű kimenő pontjaként van kiképezve. A találmány lényege abban van, hogy a vezérelhető félvezető eszközök védelmére üzemellenőrző egység van alkalmazva, amelynek ellenőrző bemenetei az energiaátalakító váltakozófeszültségű kimenő pontjaira csatlakoznak, a vezérlőegységnek a vezérelhető félvezető eszközök vezérlőjeleinek közös szünetidejében külön jelet kiadó kimenete van és ez az üzemellenőrző egység vezérlőbemenetéhez csatlakozik, az üzemellenőrző egység kimenete pedig a vezérlőegységnek a vezérlőjelek kiadását letiltó bemenetére van kötve. A találmány szerinti kapcsolási elrendezés gazdasági előnye az elérhető nagy megbízhatóságban, a félvezető eszközök meghibásodásmentes, hosszú élettartamában és a 80% feletti hatásfokból adódó energiamegtakarításban jelentkezik. A rajzok a találmány szerinti feszültségátalakító kiviteli példáit tüntetik fel. Az 1. ábra példaként! egyfázisú ellen ütemű vezérelhető félvezetőkből álló, üzemellenőrző egységgel kiegészített találmány szerinti kapcsolási elrendezés. A 2. ábra példákén ti egyfázisú hídelrendezésű vezérelhető félvezető eszközökből álló, üzemellenőrző egységgel kiegészített találmány szerinti kapcsolási elrendezés. Az ábrákon azonos hivatkozási számok azonos részleteket jelölnek. Az 1. ábrán példakénti egyfázisú főáramköri elrendezésben 1 egyenfeszültségű tápforrás 16 egyik kapcsa a 31 transzformátor primer tekercsének középpontjához, ennek két vége 2, 3 vezérelhető félvezető eszközök egyegy 6, 7 főelektródájára, ezek másik 4, 5 főelektródája közösítve 12 áramjeladó ellenálláson keresztül az 1 egyenfeszültségű tápforrás 13 másik kapcsára csatlakozik. A 2, 3 vezérelhető félvezető eszközök 8, 9 vezérlőelektródái vezérlőjeleket kiadó 10 vezérlőegységnek két kimenetéhez vannak kötve. A 2, 3 vezérelhető félvezető eszközök 6, 7 főelektródái 30 üzemellenőrző egység 14, 15 ellenőrző bemeneteire, a 10 vezérlőegységnek a vezérelhető félvezető eszközök vezérlőjeleinek közös szünetidejében jeleket adó 27 kimenete a 30 üzemellenőrző egység 27a vezérlőbemenetére, továbbá a 30 üzemellenőrző egység 28 kimenete a 10 vezérlőegységnek legalább egy 11 letiltó bemenetére csatlakozik, a 30 üzemellenőrző egység 17 munkaellenállása egyrészt az 1 egyenfeszültségű tápforrás 16 egyik kapcsára, másrészt nyitóirányban kapcsolt 19, 20 diódákon át a 30 üzemellenőrző egység 14,15 ellenőrző bemenetére és nyitóirányba kapcsolt 21 leválasztó diódán át 22 vezérelhető kapuzó félvezető egyik 23 főelektródájára, továbbá 24 küszöbképző fokozat egyik bemenetére van kötve, a 22 vezérelhető kapuzó félvezető másik 25 főelektródája az 1 egyenfeszültségű tápforrás 13 másik kapcsához, 26 vezérlő-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
